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FíSICA 1
3
Movimiento
3.1
Una
1
Introducción
a la física
y vectores
1
3.2
5
1.1
1.2
1.3
1.4
Estándares de longitud, masa y tiempo
Densidad y masa atómica 8
Análisis dimensional 9
Conversión de unidades 11
1.5
1.6
1.7
Cálculos de órdenes de magnitud
Cifras significativas 13
Sistemas de coordenadas
15
1.8
1.9
1.10
Vectores y escalares 16
Algunas propiedades de los vectores 18
Componentes de un vector y vectores
unitarios 20
1.11
Contexto
2
invitación
5
12
Modelado, representaciones alternativas y
estrategia para la resolución de problemas
Resumen 30
1
Movimiento
Misión a Marte
en una
38
4
dimensión
Velocidad promedio
41
Velocidad instantánea
44
2.3
Modelos analíticos: partícula con velocidad
constante 49
Aceleración 51
Diagramas de movimiento 54
Partícula con aceleración constante
5
56
Movimiento de un proyectil 80
Partícula con movimiento circular uniforme
Aceleracione'S tangencial y radial
Velocidad relativa 91
,
87
90
Relación con el contexto. Órbitas circularfl
Resumen 96
94
Masa inercial
4.4
La segunda ley de Newton: la partícula sometida a
una fuerza neta 111
El peso y la fuerza gravitacional 114
La tercera ley de Newton 116
Aplicaciones de las leyes de Newton 119
Relación con el contexto. Control de la nave en el
espacio vacío 127
Resumen 129
106
108
.
110
Otras
aplicaciones
de las leyes
de Newton
139
5.1
Fuerzas de rozamiento
139
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
6
TLos vectores posición, velocidad
y aceleración
75
TMovimiento en dos dimensiones con aceleración
constante
78
4.3
5.2
Caída libre de objetos 60
Relación con el contexto. Aceleración
de despegue 65
Resumen 66
75
leyes del movimiento
Concepto de fuerza 106
La primera ley de Newton
4.5
4.6
4.7
4.8
40
dimensiones
Las
4.1
4.2
25
..,
2.1
2.2
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
en dos
La segunda ley de Newton aplicada a una partícula
con movimiento circular uniforme 147
Movimiento circular no uniforme
154
Movimiento en presencia de fuerzas de resistencia
dependientes de la velocidad 156
Métodos numéricos en la dinámica
de partículas* 159
Las fuerzas fundamentales de la Naturaleza 162
El campo gravitacional 165
Relación con el contexto. El efecto de la gravedad
en la nave espacial 166
Resumen 167
Energía
y transferencia
de energía
6.1
6.2
6.3
Sistemas y medio ambiente 178
Trabajo realizado por una fuerza constante
Producto escalar de dos vectores 182
6.4
Trabajo realizado por una fuerza variable
177
178
184
v
vi
CONTENIDO
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
7
9
potencial
10.8
10.9
10.10
10.11
210
10.12
7.1
7.2
Energía potencial de un sistema
El sistema aislado 213
7.3
7.4
7.5
Fuerzas conservativas y no conservativas 217
Fuerzas conservativas y energía potencial 223
El sistema no aislado en estado
estacionario 224
7.6
Energía potencial para las fuerzas gravitacional
y eléctrica 226
Diagramas de energía y equilibrio estable 229
Relación con el contexto. Rapidez de escape
del Sol 231
Resumen 232
210
11
Cantidad
de movimiento
y colisiones
243
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
Momentum lineal y su conservación 243
Impulso y cantidad de movimiento 248
Colisiones 251
Colisiones en dos dimensiones 257
El centro de masas 260
8.6
8.7
Movimiento de un sistema de partículas
Relación con el contexto. Propulsión
de un cohete 267
Resumen 269
Relatividad
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
10
Situaciones que implican rozamiento
cinético 196
Potencia 198
Relación con el contexto. Envío de una sonda
hacia el Sol 200
Resumen 202
Energra
7.7
7.8
8
10.5
10.6
10.7
Energía cinética y el teorema de trabajoenergía cinética 188
El sistema no aislado 191
10.1
10.2
10.3
10.4
Gravedad,
órbitas
planetarlas
y el
átomo
de hidrógeno
363
11.1
Ley de la gravitación universal
de Newton 364
11.2
Modelos estructurales 369
11.3
Leyes de Kepler 370
11.4
Consideraciones energéticas en el movimiento
de planetas y satélites 375
11.5
Espectros atómicos y modelo del hidrógeno
de Bohr 381
11.6
Relación con el contexto. Cómo cambiar de
una órbita circular a una órbita elíptica 387
Resumen 389
Conclusión
del contexto
1 Misión a Marte, un
plan de vuelo correcto
397
264
279
El principio de la relatividad newtoniana 280
El experimento de Michelson-MorIey 282
Principio de la relatividad de Einstein 283
Consecuencias de la relatividad especial 284
Las ecuaciones de transformación
de Lorentz 293
Contexto
12
Cantidad de movimiento relativista y forma
relativista de las leyes de Newton 296
Energía relativista 297
Masa y energía 300
Relatividad general 301
Relación con el contexto. De Marte a las
estreIlas 304
Resumen 305
Movimiento
Momento de torsión y producto vectorial 325
El cuerpo rígido en equilibrio 329
Momento de torsión neto sobre un cuerpo
rígido 332
Momentum angular 337
Conservación del momentum angular 340
Movimiento de precesión de los
giróscopos 343
Movimiento de rodadura de cuerpos
rígidos 344
Relación con el contexto. Giróscopos
en el espacio 347
Resumen 349
de rotación
Rapidez angular y aceleración angular 313
Cinemática rotacional: cuerpo rígido con
aceleración angular constante 317
Relaciones entre cantidades angulares
y de traslación 319
Energía cinética de rotación 321
402
oscilatorio
404
12.1
Movimientode una partícula unida a un
mueIle 405
12.2
Representación matemática del movimiento
armónico simple 406
Consideraciones de energía en el movimiento
armónico simple 413
El péndulo simple 417
El péndulo físico 419
Oscilaciones amortiguadas
421
Oscilaciones forzadas 422
Relación con el contexto. Resonancia
de estructuras 423
Resumen 425
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
13
Terremotos
Movimiento
12.3
312
2
Ondas
13.1
mecánicas
434
Propagación de una perturbación
435
vii
CONTENIDO
El modelo
13.5
13.6
Reflexión y transmisión de ondas
448
Relación de transferencia de energía mediante
ondas senoidales en las cuerdas
450
Ondas sonoras
452
13.7
13.8
13.9
de onda
439
Ondas progresivas
441
Rapidez de las ondas transversales
cuerdas
445
Efecto Doppler
454
Relación con el contexto.
Resumen
14
15.9
13.2
13.3
13.4
en las
Conclusión
Ondas sísmicas
459
Conclusión del contexto 2
minimizar los riesgos 503
Contexto
15
3
Edificación
Terremotos,
de fluidos
17
cómo
508
Presión
15.2
Variación de la presión con la profundidad
15.3
15.4
Medidas de la presión
515
..
La fuerza de flotación y el principio
de Arquímedes
516
Dinámica de fluidos
521
550
Termómetros y escalas de temperatura
Expansión térmica de sólidos y líquidos 555
Descripción macroscópica de un gas ideal 562
Teoría cinética de los gases 564
.,,",'.
Distribución de las magnitudes de rapidez
moleculares 570
Relación con el contexto. Gradiente de
temperatura atmosférica 572
Resumen 574
Energía
Líneas de flujo y ecuación
fluidos
522
de continuidad
15.7
15.8
Principio de Bernoulli
524
Otras aplicaciones de la dinámica
de fluidos
527
511
Calor y energía interna 583
Calor específico 585
Calor latente y cambios de fase 588
Trabajo en los procesos termodinámicos
592
Primera ley de la termodinámica
595
Algunas aplicaciones de la primera ley de la
termodinámica
597
17.7
Calor específico molar de los gases
ideales 601
17.8
17.9
Procesos adiabáticos en un gas ideal 603
Calor específico molar y equipartición
de la energía 605
Mecanismos de transferencia de energía en los
procesos térmicos 608
Relación con el contexto. Balance de energía
para la Tierra 614
Resumen 616
17.10
para
17.11
18
en los procesos térmicos:
leyde latermodinámica
582
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
17.6
509
15.6
541
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
506
15.1
y visita del Titanic
Temperatura y ley cero de la
termodinámica
549
primera
En busca del Titanic
Mecánica
15.5
483
sobre
En busca del
16.1
Pulsaciones: interferencia
temporal
486
Patrones de onda no senoidales
488
Relación con el contexto.
antinodos
492
Resumen
494
3
528
Contexto
4 Calentamiento
global
546
16 Temperatura
y la teoría cinética
de los gases
548
y ondas
El principio de superposición
471
Interferencia
de ondas
473
Ondas estacionarias
476
Ondas estacionarias en cuerdas
479
Ondas estacionarias en columnas de aire
del contexto
Titanic: localización
estacionarias 470
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
Un conato de accidente
sin haber salido de Southampton
Resumen
530
462
Superposición
Relación con el contexto.
Máquinas
térmicas,
entropía
y segunda
ley de la termodinámica
628
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
18.8
18.9
Máquinas térmicas y segunda ley de la
termodinámica
629
Procesos reversibles e irreversibles 632
La máquina de Carnot 632
Bombas de calor y refrigeradores
635
Un enunciado alternativo de la segunda ley 637
Entropía 638
La entropía y la segunda ley de la
termodinámica
643
Cambios de entropía en procesos
irreversibles 646
Relación con el contexto. La atmósfera como
máquina térmica 648
Resumen 650
...
viü
CONTENIDO
Apéndice
A.I
A.2
A.3
Apéndice
B.I
A Tablas
Factores de conversión
Símbolos, dimensiones y unidades de las
magnitudes físicas
Tabla de masas atómicas
B Repaso
de matemáticas
Notación científica
B.2
B.3
Álgebra
Geometría
BA
B.5
Trigonometría
Desarrollo en serie
B.6
B.7
Apéndice
elementos
Cálculo diferencial
Cálculo integral
e Tabla periódica
Apéndice
D Unidades
Internacional
(SI)
Apéndice
Respuestas
índice
E Premios
de los
del Sistema
Nobel
a los problemas
impares
J